JPH0332594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低温のエネルギ源から熱を取り出し、
高い温度レベルの熱を得るための吸収式ヒートポ
ンプに関し、特に、斯るヒートポンプに使用する
吸収液と冷媒との組み合わせ（以下吸収冷媒剤と
いう）に関するものである。

吸収冷凍機の吸収冷媒剤には水−アンモニア系
臭化リチウム−水系のものが広く使用されている
が、これらの吸収冷媒剤では冷媒の凍結、吸収剤
の結晶を伴ない易く、広い温度巾の熱の取り出し
や負荷に合致した各種の温度レベルの熱を取り出
せる吸収式ヒートポンプを実現しにくいものであ
つた。

斯る点に鑑みなされた本発明は、吸収式ヒート
ポンプに使用する吸収液として、炭素数３以上の
ラクタムのアルキル置換体（以下ラクタム置換体
という）、冷媒として弗素化アルコールを用い、
このような吸収冷媒剤を吸収式ヒートポンプに使
うことにより、従来の吸収ヒートポンプでは実現
できなかつた低温のエネルギ源からでも熱が取り
出せるようにし、温水の昇温、冷温水の同時取り
出し、或いは製氷と温水との同時製造運転などを
可能にしたものである。

尚、ラクタム置換体としてはＮ−メチル−２−
ピロリドン（以下NPという）、又はＮ−エチル
−２−ピロリドン、又はＮ−ブチル−２ピロリド
ン等が代表的な吸収剤の例であり、弗素化アルコ
ールとしてはトリフルオロエタノール（以下
TFE）が代表例として使用された。

斯る本発明を、以下にその実施例を示す図面に
従い説明する。

第１図において、１はバーナ等の加熱器２を有
し、冷媒を吸収して冷媒量の多くなつた吸収液
（以下濃液という）を加熱沸騰させることにより
冷媒をガス化して分離し、冷媒量の少ない吸収液
（以下稀液という）を作る発生器、３は発生器１
で気化する冷媒にガス状態で混入する吸収剤を流
下する液状の吸収剤との接触で分離し、冷媒ガス
の割合を増大させる精留器、４は該精留器３から
送られてくるガス流を冷却器５で冷やして吸収剤
成分の最終分離をする分縮器であり、該分縮器４
において凝縮液化した冷媒量の多い吸収液（以下
還流液という）は前記精留器３の上部から散布さ
れて冷媒ガス流から吸収剤成分を分離するための
気液接触の液として利用される。６はこのように
して吸収剤分が殆どなくなつたガス流を冷却して
液化し、斯る冷媒液を減圧装置７で減圧した後、
蒸発器８に供給する凝縮器、該蒸発器８は減圧条
件下で液冷媒を気化させることにより、低温のエ
ネルギ源から熱エネルギを汲み取る働らきをす
る。９は発生器１において冷媒が分離された稀液
を散布することにより蒸発器８で気化した冷媒ガ
スを吸収させ、該蒸発器８における連続した吸熱
作用を保つようにした吸収器、１０は該吸収器９
において冷媒を吸収した濃液を発生器１へ還流す
る吸収液ポンプ、１１は濃液と稀液とを熱交換す
る熱交換器であり、濃液は精留器３の中間部１２
で散布され発生器１に流下するように構成されて
いる。

又、１３は上記のような吸収式ヒートポンプの
システムから温水等、高い温度レベルの熱を得る
被加熱流体である水（又はブライン）の管路であ
り、該管路１３は吸収器の熱交換器１４、凝縮器
の熱交換器１５、及び分縮器の熱交換器５を経て
負荷１６へ接続され、後述するように管路１３の
入口１７から入つた水等が各熱交換器１４，１
５，５を流れる間に、負荷１６で必要とされる温
度にまで昇温されるようにしたものである。

尚、本発明の吸収冷媒系を使用する吸収式ヒー
トポンプのシステムは、上述の第１図の構造に限
定されるものではなく、分縮器４の熱交換器１８
を使用しないもの、或いは又、蒸発器８を水やブ
ラインと熱交換する構造としたもの等も使用さ
れ、かつ、負荷も高温負荷１６のみならず、蒸発
器８側に接続されて氷や冷却された液体を得る低
温負荷１９を接続する形式のものも使用できる。

以上のような吸収式ヒートポンプにおいて、本
発明の吸収冷媒系、即ち、冷媒の弗素化アルコー
ルとしてTFE、吸収剤のラクタム置換体として
NPを用いた各種の実施例を以下に説明する。

尚、負荷に接続された管路を流れる水やブライ
ン等の被加熱流体は、水を実施例として説明する
が、他の流体に置き替えても本発明の応用例とし
て実施できるものである。

第２図は空気熱源を利用して水道水や井水温泉
水を加熱昇温して給湯に用いる本発明の吸収式ヒ
ートポンプの実施例であり、第１図と同じ機器は
同一の図番を付し、２０は水源、２１は出湯口を
示している。

而して、第２図の吸収式ヒートポンプの冷媒に
TFE、吸収剤にNPを用い、吸収器９へ供給され
る吸収剤の濃度がTFEを含有する重量百分率
（以下単に％TFEという）で21％、冷媒吸収後の
吸収剤の濃度が47％TFEとなるような条件（第
３図）でこのヒートポンプを運転すると、水源２
０から得られた５℃の水は、外気温０℃の空気を
熱源として吸収器９及び凝縮器６を流れる間に昇
温され、さらに分縮器４で昇温され（蒸発器８で
の気化温度、約−10℃）50℃を越える湯が高温負
荷１６に供給できる。又、夏等に水源２０の水温
が25℃外気温度が35℃程度になつたときは、70℃
近い湯が高温負荷１６に供給できるものである。

第４図は吸収器９へ供給される吸収剤濃度が21
％TFE、TFE冷媒吸収後の吸収液濃度が35％
TFEとなるような条件に設定して第２図の吸収
ヒートポンプを運転するものであり、第３図の場
合と同様、−５℃乃至35℃の外気を熱源として、
25℃乃至40℃水源（温泉）水が55℃乃至75℃の温
度レベルに加温されて浴場などの高温負荷１６に
供給できるものである。

このような、第２図、第３図の応用例におい
て、水源２０から供給された、例えば、５℃の水
は吸収器９において30℃強に、凝縮器６において
50℃強に、かつ、分縮器４において約55℃にまで
加熱されるものである。又、このような給湯の温
度レベルを上げるためのヒートポンプ運転におい
て、冷媒に弗素系アルコール、吸収剤にラクタム
置換体を用いれば、−10℃程度の外気温でも、冷
媒の凍結や吸収剤の固化、結晶は発生せず、いわ
ゆる外気を熱源とする効率の良いヒートポンプ運
転がきるものである。更に又、空冷蒸発器８に霜
が付着するおそれのあるときは、この吸収式ヒー
トポンプを駆動する際に用いる発生器の加熱器２
からの排ガスを蒸発器８に流して熱交換させれば
着霜も生じず、より一層熱効率が向上した吸収式
ヒートポンプの運転が可能になるものである。

第５図は空冷蒸発器８の代りに水やブライン等
の液体を熱源とする蒸発器８′を用いた本発明の
吸収式ヒートポンプの応用例であり、第１図及び
第２図と同じ機器は同一図番で示してある。

而して、第５図の吸収式ヒートポンプの冷媒に
TFE、吸収剤にNPを用い、吸収器９に供給され
る吸収剤の濃度を21％TFE、冷媒吸収後の吸収
剤の濃度を52％TFEとなるような条件（第６図）
でこのヒートポンプを運転すると、第３図及び第
４図の応用例と同様、25℃程度の熱源水を吸収器
９及び凝縮器６を流れる間に昇温し、さらに、分
縮器４を流れる間に60℃近くにまで加熱して高温
負荷に供給できる一方、蒸発器８′からは12℃程
度の戻り冷水を約７℃にまで冷やして冷水負荷２
２へ供給する、いわゆる、冷温水同時供給が可能
となる。

又、吸収器９へ供給される吸収剤濃度が21％
TFE、冷媒吸収後の吸収液濃度が47％TFEとな
るような条件（第７図）に設定してこのヒートポ
ンプを運転すると、液体蒸発器８′を流れるブラ
インを熱源として、高温負荷１６へは５℃の水を
約55℃に加熱して給湯できる一方、蒸発器８′に
おいては−３℃程度の戻りブラインを−８℃近く
にまで冷やして冷負荷２２へ供給することができ
るため、温水又は給湯供給と製氷用冷却ブライン
供給とが同時に行なえるものでもある。

このような応用例における一次エネルギーの利
用効率は、冷負荷を使用しないときで120％強冷
負荷を使用するときは160％余に達するものであ
り、かつ、冷媒に弗素化アルコール、吸収剤にラ
クタム置換体を用いた吸収式ヒートポンプにおい
ては、通常の運転条件下では、従来の吸収冷凍機
のような冷媒の凍結、吸収液の結晶、凝固の惧れ
なく、製氷から熱湯までの広い温度巾の冷温負荷
にエネルギ供給が実現できるものであり、吸収式
ヒートポンプの応用範囲を広げる上でも実用的価
値の高いものである。

尚、上記の応用例で示した冷媒濃度、吸収液濃
度及び温度条件は、いずれも本発明の具体的な応
用例を説明するための目安の値であり、厳密に
夫々の値を特定するものではない。又、冷媒に
TFE以外の弗素化アルコール吸収剤にNP以外の
ラクタム置換体を用いるときは、第２図乃至第７
図で説明した濃度と異なつた吸収剤の循環が行な
われるが、このような場合も、従来の水−アンモ
ニア系、臭化リチウム−水系の吸収式ヒートポン
プで生じる冷媒の凍結や吸収液の凝固、結晶等に
よる運転不能な温度領域でも安全に吸収式ヒート
ポンプの運転が可能となるものであり、実用的効
果の大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸収式ヒートポンプの一例を
示す冷凍サイクル構成図、第２図は本発明の応用
例を示す回路説明図、第３図及び第４図は応用例
の説明のためのデユーリング線図、第５図は本発
明の他の応用例を示す回路説明図、第６図及び第
７図は同じく応用例の説明のためのデユーリング
線図である。 １〜発生器、４〜分縮器、６〜凝縮器、８〜蒸
発器、９〜吸収器、１３〜管路、１６〜高温負
荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒を吸収した吸収液に外部から熱エネルギ
   を与えて冷媒と吸収液とに分離する発生器、この
   発生器からの冷媒ガスを液化する凝縮器、液化し
   た冷媒を低圧条件下で気化させることにより低温
   のエネルギ源から熱を取り出す蒸発器、気化した
   冷媒ガスを吸収液で吸収させる吸収器とを備え、
   発生器に熱エネルギを与え、蒸発器に低温の熱エ
   ネルギを与え、吸収器及び凝縮器に被加熱流体を
   流し、上記低温のエネルギより高い温度の被加熱
   流体を取り出す吸収式ヒートポンプにおいて、発
   生器から凝縮器に至る冷媒ガスの流路に設けられ
   冷媒ガスを冷却して冷媒ガスから吸収剤成分を最
   終分離する分縮器と、吸収器、凝縮器及び分縮器
   を経て負荷に至る被加熱流体の管路とを備え、吸
   収剤に炭素原子数３以上のラクタムのアルキル置
   換体を用い、冷媒に弗素化アルコールを用いたこ
   とを特徴とする吸収式ヒートポンプ。